JP2013051117A - 面光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶表示装置には、正面から見た場合の高い輝度が求められており、面光源装置として、液晶セル側（前面側）から見た場合の輝度が高いものが求められている。本発明の目的は、正面から見た場合の輝度が高い液晶表示装置を与える正面輝度の高い新規な面光源装置を提供することにある。
【解決手段】光偏向手段が施された導光板と光源と反射板とを有する面光源装置であって、該導光板の光偏向手段が施されていない面に反射板が配置され、該導光板の光偏向手段が施された面から光が出射される面光源装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶テレビ、液晶モニタ、パーソナルコンピュータなどに用いられる液晶表示装置のバックライトとして用いられる面光源装置、あるいは、照明器具として用いられる面光源装置に関する。

液晶表示装置や照明器具等の面光源装置としては、例えば導光板の側方（「端面」または「エッジ」と称する。）にＬＥＤ光源等の光源を配置し、該ＬＥＤ光源からの光を、全反射により導光板内部を導光させつつ、導光板の背面側（液晶表示装置または照明器具として光を出射する方向とは反対側）の面に形成されたドットパターンやプリズム部等の光偏向手段により、導光板前面から光を均一に出射できるように構成したものが知られている（例えば、特許文献１）。

特に、液晶表示装置には、正面から見た場合の高い輝度が求められており、面光源装置として、液晶セル側（前面側）から見た場合の輝度が高いものが求められている。

正面から見た場合の輝度を高めるために、次のように面光源装置は工夫されている。面光源装置は、光源と導光板と反射板を有する。導光板の端面に光源は配置されており、導光板は光源の光を液晶セル側（前面側）に導くための部材である。導光板の背面側には反射板が配置されている。そして、導光板の背面側の面には、光源の光を前面側に導くための光偏向手段、例えば、白色の斑点（ドット）印刷が施されているものが提案されており（特許文献１参照）、面光源装置から出射される光が面内で均一になるように、斑点の大きさや密度が適宜調節される。

特開２００１−２６６６２６号公報

しかしながら、正面から見た場合の輝度をさらに向上させることが求められている。
そこで、本発明の目的は、正面から見た場合の輝度が高い液晶表示装置を与え得る正面輝度の高い新規な面光源装置を提供することにある。

本発明者は、上記の課題を解決すべく、面光源装置について鋭意検討した結果、本発明を完成するに至った。
すなわち本発明は、下記の＜１＞〜＜５＞を提供する。

＜１＞ 光偏向手段が施された導光板と光源と反射板とを有する面光源装置であって、該導光板の光偏向手段が施されていない面に反射板が配置され、該導光板の光偏向手段が施された面から光が出射される面光源装置。
＜２＞ 該導光板の光偏向手段が施された面から出射する光束Ｆ２を、導光板の光拡散手段が施されていない面から出射する光束Ｆ１で除した値が０．８以上である＜１＞記載の面光源装置。
＜３＞ 光偏向手段が、光の拡散現象を用いたものである＜１＞または＜２＞に記載の面光源装置。
＜４＞ 光偏向手段が、光の反射、屈折現象を用いたものである＜１＞または＜２＞に記載の面光源装置。
＜５＞ さらに、レンズシートを具備した＜１＞〜＜４＞のいずれかに記載の面光源装置。
＜６＞ 前記レンズシートが、レンズ部分を有する面が、導光板側に面している＜５＞に記載の面光源装置。
＜５＞ ＜１＞〜＜６＞の面光源装置に用いられる導光板。

本発明は、簡便に構成することができ、正面から見た場合の輝度が高い液晶表示装置を与え得る新規な面光源装置を提供し、該面光源装置を用いれば、正面から見た場合の輝度が高い液晶表示装置を製造することができるので、本発明は工業的に極めて有用である。

従来技術の面光源装置を示す模式図。 本発明の面光源装置の一つの実施態様を示す模式図。 本発明の面光源装置を用いて構成した液晶表示装置を示す模式図。 光束を測定するための構成を示す図。 導光板の正面輝度を測定するための構成を示す図。

本発明の面光源装置は、光偏向手段が施された導光板と光源と反射板を有する面光源装置であって、光源が導光板端面に配置され、導光板の光偏向手段が施されていない面に反射板が配置され、導光板の光偏向手段が施された面から光が出射されることを特徴とする。

光偏向手段が施された導光板と光源と反射板を有する面光源装置において光偏向手段は、図１に示したように、光源の光を前面側に導くために、従来は導光板の背面側に配置されていた。光源から出射された光のうち、導光板の背面側に向かった光の一部は光偏向手段により反射・屈折、拡散され、光偏向手段が施されていない導光板表面に入射した光は、導光板表面で反射されるか、または透過した後に反射板で反射される。光偏向手段は、面光源装置から前面側に出射される光が面光源装置の出射面内で均一になるように、その大きさや密度が適宜調節される。

従来の面光源装置から反射板を取り外した状態の面光源装置を作製し（図４参照。）、導光板の光偏向手段が施されている側、すなわち背面側で測定した正面輝度と、もう一方の前面側で測定した正面輝度を比較すると、意外にも背面側の正面輝度が高いことを本発明者は見出し、従来よりも正面輝度の高い面光源装置として本発明を完成させるに至ったのである。

本発明の面光源装置は、図２のように模式的に表すことができる。

本発明の導光板としては、導光板基材に光偏向手段を施したものである。導光板基材としては通常は板状に成形された透明樹脂からなるものが用いられる。前記透明樹脂としては、メタクリル樹脂（ＰＭＭＡ等）、ポリカーボネート樹脂、ＡＢＳ樹脂（アクリロニトリル−スチレン−ブタジエン共重合体樹脂）、ＭＳ樹脂（メタクリル酸メチル−スチレン共重合体樹脂）、ポリスチレン樹脂、ＡＳ樹脂（アクリロニトリル−スチレン共重合体樹脂）、ポリオレフィン樹脂（ポリエチレン、ポリプロピレン等）、環状ポリオレフィン樹脂等が挙げられる。

前記透明樹脂を板状に成形して導光板基材に用いることができる透明樹脂基材を製造する方法としては次の方法が工業的に通常用いることができる。

溶融押出法；透明樹脂材料を、押出機を用いて溶融押出しし、ダイから吐出され得られるシート状物の少なくとも片面をロール又はベルトに接触させてシート状に成形して透明樹脂基材を製造する方法である。

キャスト重合法；単量体成分、および重合開始剤を含有してなる単量体組成物を混合した後にスペーサーを介して二枚のガラスを向かい合わせたセル内に注入してさらに加熱あるいは紫外線照射などの手法により開始剤を活性化させることで重合させてシート状の成形体を得て透明樹脂基材を製造する方法である。

プレス成形；加熱プレス装置を用いて透明樹脂材料を板状に成形して透明樹脂基材を製造する方法である。

射出成形；加熱溶融した透明樹脂材料を板状の空隙を有する金型に注入した後、冷却、固化させることで透明樹脂基材を製造する方法である。

透明樹脂基材の厚みは、光源からの出射光を効率よく取り込むことを考慮し設定されるが、通常は０．５ｍｍ以上、好ましくは、１ｍｍ以上、より好ましくは１．５ｍｍ以上に設定される。厚みの上限は、液晶表示装置や面光源装置の構造によって設定されるが、装置全体の厚み、重量を低減する、あるいは、透明樹脂の使用量を低減する目的から、通常は１５ｍｍ以下、好ましくは、１０ｍｍ以下、より好ましくは５ｍｍ以下に設定される。また、全体の厚みが均一であってもよいし、断面が楔形、バタフライ型（断面が台形である２枚の板が、台形の上底（短い方の底）を共有するように接して一体化した形状を有する型）などのように、厚みに分布を持たせたものでもよい。

光源は、線状光源、点状光源のいずれであってもよく、たとえば、冷陰極管や発光ダイオード（ＬＥＤ）などを用いることができる。ＬＥＤを光源として用いる場合は、例えば、赤色、青色、緑色のそれぞれの色を発光する３つのＬＥＤチップを供えた１つの白色発光のＬＥＤであってもよいし、赤色、青色、緑色のそれぞれの色を発光する３つのＬＥＤを接続して一体化したＬＥＤであってもよい。さらには、青色発光ＬＥＤチップまたは近紫外発光ＬＥＤチップと蛍光体との組合せにより白色発光するＬＥＤであってもよい。光源は、通常は導光板の端面に配置され、導光板の一辺のみに沿うように配置されてもよいし、対向する二辺に配置されてもよいし、三辺、さらには四辺に配置されてもよい。

導光板の出射側表面には、光偏向手段が設けられる。光偏向手段としては、光の拡散現象を利用した手段、光の反射、屈折を利用した手段、などが挙げられる。通常は、面内の輝度均一性を得るために、輝度が均一となるように光偏向能に面内分布を持たせる（光偏向の方向や程度を導光板の面の位置により変化させる）。

光の拡散現象を利用した手段としては、通常は白色インクを、印刷法により導光板の面に斑点状に印刷して白色斑点を形成したものが挙げられる。白色インクは、通常は溶剤に溶解させた樹脂に、白色を発現するフィラーが含有されているものが用いられる。フィラーとしては、透明樹脂粒子、酸化チタン、ガラスビーズなどを用いることができる。フィラーとしてはガラスビーズが面光源装置の前面側の正面輝度を向上させるためには好ましい。

フィラー量、斑点の大きさ、導光板の面内における占有率を変化させると、導光板の光偏向手段が施された側（前面側）から出射する光の光束（Ｆ２）と、反対側の面の側（反射板が配置される側で背面側）に出射する光の光束（Ｆ１）を変化させることができる。

また、光の反射、屈折を利用した光偏向手段としては、微細なレンズ構造を付与する、線状の溝を形成する、などの手段が挙げられる。レンズ構造や溝の深さ、レンズ同士や溝同士の間隔を変化させると、導光板の光偏向手段が施された側（前面側）から出射する光の光束（Ｆ２）と、反対側の面の側（反射板が配置される側で背面側）に出射する光の光束（Ｆ１）を変化させることができる。

Ｆ２／Ｆ１は０．８以上であることが、面光源装置の前面側の正面輝度を向上させるためには好ましく、１．０以上がより好ましく、１．０５以上がさらに好ましく、１．２以上がよりさらに好ましい。

また、光偏向手段の導光板の面内占有率、あるいは、光偏向手段の形状等を導光板の面の場所により変化させることにより、面光源装置の出射面内の輝度分布のムラを低減させることができる。

レンズシートは、導光板の光出射面（ドットが印刷されている面）の光源が配置されている辺（４辺とも配置されている場合はそのうちいずれかの対向する２辺）と平行な方向に延在する多数のプリズム状のレンズが導光板の光出射面に平行に並んだ構成を有しており、導光板の光出射面の光源が配置されている辺と垂直な面（プリズム状のレンズが延在する方向と垂直な面）でレンズシートを切断したときの断面が、先細の多角形状や、略楕円形の一部である形状が並んで連なった形状である。

例えば断面形状が三角形の場合、その三角形の頂点のうち稜線を形成する頂点の頂角θは、導光板からの出射角度、および、その分布形状によって、適宜定めることが出来るが、５０〜１２０度の範囲であることが好ましい。また、この三角形は、各辺が等辺、不等辺の何れであってもよい。レンズシートの設置方法は、レンズ構造面が導光板側、液晶パネル側、いずれでも構わないが、通常は、正面輝度を考慮しながら定められる。また、複数のレンズシートを重ねて組合せて用いることもできる。

特に、導光板からの出射光の角度分布が、導光板の法線方向から離れた方向に強度ピークを有する場合は、レンズ構造面を導光板側にして設置すると、輝度上昇効果が高い。また、その時、断面形状として略三角形形状を持たせる場合は、その頂角は６０〜７０度の範囲であることが好ましい。

また、面光源装置からの出射光の特性に合わせて断面形状を設定することもでき、曲線を持たせるなど、三角形以外の形状としてもよい。

本発明の面光源装置に用いるプリズムシートの材料としては、たとえば、ポリカーボネート樹脂、ＡＢＳ樹脂、メタクリル樹脂、メタクリル酸メチル−スチレン共重合体樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリロニトリル−スチレン共重合体樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂などが挙げられる。

プリズムシートは、異形押出法、プレス成形法、射出成形法、ロール転写法、レーザーアブレーション法、機械切削法、機械研磨法、フォトポリマープロセスなどの公知の方法で製造することができる。フォトポリマープロセスを用いる際は、材料として、例えば、多価アルコールのアクリル酸またはメタクリル酸エステルのような多官能性のアクリレート、ジイソシアネートと多価アルコールおよびアクリル酸またはメタクリル酸のヒドロキシエステル等とから合成されるような多官能のウレタンアクリレートなどのような、いわゆる電離放射線硬化型樹脂と呼ばれるものを用いることができる。これらの方法は、それぞれ単独で使用されてもよいし、あるいは２種以上の方法を組み合わせてもよい。

レンズシートの厚みは、通常、０．０５〜５ｍｍであり、好ましくは０．１〜２ｍｍである。各プリズム状のレンズ稜線間の距離は、通常、１０〜５００μｍの範囲であり、好ましくは３０〜２００μｍの範囲である。

反射板は、ポリエステルなどの樹脂フィルムの中にフィラーを添加したり、添加したフィラーと基材樹脂との間に空隙を持たせることにより光を拡散させる、白色シート、あるいは、ポリエステルなどの樹脂フィルムの表面に、アルミニウム、銀などの金属を蒸着することにより正反射成分を強くした、ミラータイプの反射板、などを用いることができるが、面光源装置の正面輝度向上のためには、ミラータイプの方が好ましい。ミラータイプの反射板とは、反射光が拡散反射成分を持たず、正反射成分のみであり、微細な凹凸のない平滑な金属蒸着表面などが例示される。

上記構成を有する本発明の面光源装置は、従来のものより正面輝度が高い面光源装置であるので、正面輝度の高い液晶表示装置を与えるのである。

図３に本発明の面光源装置を備えてなる液晶表示装置を模式的に示した。一対の透明基板２２ａ，２２ｂの間に液晶層２３が設けられてなる液晶セル２１を備える。面光源装置１１と液晶セル２１との間には、面光源装置側（背面側）から順に、第１偏光板３１、液晶セル２１、第２偏光板３２が配置されている。

本発明の面光源装置を用いて製造された液晶表示装置で使用する液晶セル２１は、所定距離を隔てて対向配置された一対の透明基板２２ａ，２２ｂと、この一対の透明基板２２ａ，２２ｂの間に液晶を封入されてなる液晶層２３を備える。この図では図示していないが、一対の透明基板２２ａ，２２ｂには、それぞれ透明電極や配向膜が積層形成されており、透明電極間に表示データに基づいた電圧が印加されることによって液晶が配向する。液晶セル２１の表示方式はＴＮ方式、ＩＰＳ方式、ＶＡ方式などの表示方式を採用することができる。

偏光板３１、３２としては、通常は、偏光子の両面に支持フィルムを貼り合わせたものが使用される。偏光子としては、例えば、ポリビニルアルコール系の樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、エチレン／酢酸ビニル（ＥＶＡ）樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂等の偏光子基板に、二色性染料又はヨウ素を吸着配向させたもの、分子的に配向したポリビニルアルコールフィルム中に、ポリビニルアルコールの二色性脱水生成物（ポリビニレン）の配向した分子鎖を含有するポリビニルアルコール／ポリビニレンコポリマーなどが挙げられる。

偏光子を支持・保護する支持フィルムとしては、低複屈折性で、透明性や機械的強度、熱安定性や水分遮蔽性などに優れるポリマーからなるフィルムが好ましい。このようなフィルムとしては、例えば、ＴＡＣ（トリアセチルセルロース）などのセルロースアセテート系樹脂やアクリル系樹脂、四フッ化エチレン／六フッ化プロピレン系共重合体のようなフッ素系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリオレフィン樹脂もしくはポリアミド系樹脂等の樹脂をフィルム状に成形加工したものが挙げられる。

本発明の面光源装置を備えて製造された液晶表示装置は、その他の機能を有する光学機能性フィルムを有していてもよい。

かかる光学機能性フィルムとしては、たとえば、ある種の偏光光を透過し、それと逆の性質を示す偏光光を反射する反射型偏光フィルム；表面にランダムな凹凸形状を有する拡散機能付きフィルム；表面にプリズムやレンチキュラーレンズなどの凹凸形状を有する偏向機能付きフィルムなどが挙げられる。ある種の偏光光を透過し、それと逆の性質を示す偏光光を反射する反射型偏光フィルムに相当する市販品としては、たとえば「ＤＢＥＦ」（３Ｍ社製、日本では住友スリーエム（株）から入手できる。）などが挙げられる。拡散機能付きフィルムに相当する市販品としては、「オパルス」（恵和（株）社製）などが挙げられる。また、偏向機能付きフィルムに相当する市販品としては、「ＢＥＦ」（３Ｍ社製、日本では住友スリーエム（株）から入手できる。）などが挙げられる。

以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例１〜７、比較例１〜７）
・導光板原板の作製
ＰＭＭＡ（ポリメチルメタアクリレート）（住友化学株式会社製「スミペックスＥＸＮ」）をスクリュー径４０ｍｍの１軸押出機で溶融混練して樹脂温度２５５℃でＴダイから押出すことによって、厚さ４ｍｍ、幅２５０ｍｍの板状サンプルを製造した。得られた板状サンプルを幅１６０ｍｍ×長さ２１０ｍｍの大きさに切り出し、４つの側面（端面）を研磨機（朝日メガロ社製「プラビューティー１０００」）で研磨して導光板基材とした。得られた導光板基材の片方の表面に、スクリーン印刷法を用いて、斑点状の模様（光偏向手段）を付与した。印刷インクに添加されるフィラーの種類、濃度を調整し、光偏向の程度が異なる４種類の導光板、Ａ、Ｂ、ＣおよびＤを製造した。表１に導光板のサンプルを示した。

・光束測定
導光板の一辺（１６０ｍｍの辺）に、光源として線状に配列した白色ＬＥＤを設置した。残りの三辺は、片面が黒色で、反対面が白色の帯状の紙を、黒色面が導光板側になるように設置することで、光源を設置した辺以外の辺からの光漏れを防止した。このようにして得られた光束測定用面光源（図４）を、直径が１６００ｍｍの大型積分球内に設置し、Ｌａｂｓｈｐｅｒｅ社製分光器（ＤＡ−２１００）を用いて光束を測定した。なお、光偏向手段を施した面からの光束を測定する際は、その反対面を、片面が黒色で、反対面が白色の紙を、黒色面が導光板側になるように設置することで、光偏向手段を施した面からの光束のみを測定した。また、光偏向手段の反対側の面からの光束を測定する際は、光偏向手段を施した面を、同様に覆うことで、偏向手段の反対側の面からの光束（ｌｍ）を測定した。

・輝度測定
導光板、反射板、レンズシート、光源を、図５に示すように配置し、輝度測定用面光源装置を作製した。輝度測定計（株式会社アイ・システム製「Ｅｙｅ Ｓｃａｌｅ−３ＷＳ」）を用いて輝度を測定した。即ち、面光源装置の前面の全面が写り込むように面光源装置の前方位置にカメラ配置した。この時、面光源装置の前面からカメラまでの距離を８０ｃｍとし、輝度測定計の測定条件をＳＰＥＥＤ：１／２５０、ＧＡＩＮ：０、絞り：１６に設定して、面光源装置の前面の中央部を中心とした１５０ｍｍ×１５０ｍｍの範囲を測定スポットに指定して各測定スポット（５１×３３箇所（合計１６８３箇所））での輝度を測定し、これら１６８３箇所の輝度の平均値を平均輝度（ｃｄ／ｍ²）とした。

表２に実施例１〜７および比較例１〜７の正面輝度測定結果を示した。液晶セル側（前面側）に光偏向手段を設けた場合は、導光板がＡ〜Ｄのいずれの場合であっても、またレンズシートのレンズ面（レンズ構造面）が液晶セル側（前面側）あるいは導光板側（背面側）のいずれの場合であっても、反射板側（背面側）に光偏向手段を設けた対応する比較例よりも正面輝度が高くなった。

１１ 面光源装置
１２ 光源
１３ 反射板
１４ 導光板基材
１５ 光偏向手段
１７ レンズシート
２１ 液晶セル
２２ａ 透明基板
２２ｂ 透明基板
２３ 液晶層
３１ 第一偏光板
３２ 第二偏光板

Claims (7)

1. 光偏向手段が施された導光板と光源と反射板とを有する面光源装置であって、該導光板の光偏向手段が施されていない面に反射板が配置され、該導光板の光偏向手段が施された面から光が出射される面光源装置。
2. 該導光板の光偏向手段が施された面から出射する光束Ｆ２を、導光板の光拡散手段が施されていない面から出射する光束Ｆ１で除した値が０．８以上である請求項１記載の面光源装置。
3. 光偏向手段が、光の拡散現象を用いたものである請求項１または２に記載の面光源装置。
4. 光偏向手段が、光の反射、屈折現象を用いたものである請求項１または２に記載の面光源装置。
5. さらに、レンズシートを具備した請求項１〜４のいずれか１項に記載の面光源装置。
6. 前記レンズシートが、レンズ部分を有する面が、導光板側に面している請求項５に記載の面光源装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の面光源装置に用いられる導光板。